Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Тепловое реле — биметаллический аппарат защиты электродвигателя от длительных токовых перегрузок. При превышении тока уставки устройство размыкает цепь управления и отключает контактор до полного остывания нагревательного элемента. Именно тепловое реле остаётся основным и наиболее распространённым средством защиты асинхронных двигателей в промышленных схемах управления электроприводом.
Тепловое реле — защитный аппарат с обратнозависимой от тока временной характеристикой, реагирующий на длительное превышение номинального тока двигателя. В отличие от автоматического выключателя, который обеспечивает мгновенную токовую отсечку при коротком замыкании, тепловое реле рассчитано на медленно нарастающие аварийные режимы: механическую перегрузку, заклинивание рабочего механизма, ухудшение условий охлаждения двигателя.
Длительный ток перегрузки наиболее опасен для изоляции обмоток: температура нарастает постепенно, а повреждение изоляции носит необратимый характер. Тепловое реле защищает двигатель, автоматически разрывая цепь управления до достижения критической температуры обмоток.
Требования к тепловым реле для защиты двигателей, включая допустимые времятоковые характеристики и классы срабатывания, устанавливает стандарт IEC 60947-4-1 (Low-voltage switchgear and controlgear — Contactors and motor-starters). В России действует ГОСТ IEC 60947-4-1, являющийся идентичным принятием международного стандарта.
В основе конструкции лежит биметаллическая пластина — два слоя металлов с различным коэффициентом теплового расширения, жёстко соединённых между собой. Типичная пара материалов: инвар (сплав Fe-Ni с низким тепловым расширением) и нейзильбер или латунь (с высоким тепловым расширением). Разница коэффициентов расширения обеспечивает изгиб пластины при нагреве в сторону слоя с меньшим расширением.
Рабочий ток двигателя проходит через нагревательный элемент реле — либо непосредственно через биметалл, либо через отдельный резистивный нагреватель, расположенный вблизи пластины. При превышении тока уставки пластина изгибается и воздействует на рычаг расцепителя, размыкая нормально замкнутый вспомогательный контакт в цепи катушки контактора. Контактор обесточивается и отключает двигатель от питающей сети.
Время срабатывания теплового реле обратно зависит от кратности тока относительно уставки: чем больше ток превышает установленное значение, тем быстрее срабатывает защита. Стандарт IEC 60947-4-1 задаёт два ключевых контрольных условия для проверки реле:
При токах, многократно превышающих уставку (характерных для пускового режима или заклинивания), реле срабатывает в диапазоне секунд. Конкретное время определяется классом срабатывания реле, выбранным по типу нагрузки. Такая характеристика аппроксимирует тепловой процесс в обмотках двигателя: чем выше ток перегрузки, тем быстрее нарастает температура и тем быстрее необходимо отключение.
После срабатывания биметаллическая пластина остывает и реле готово к повторному включению. Режим ручного сброса (кнопка Reset) предотвращает самопроизвольный повторный пуск двигателя без вмешательства обслуживающего персонала, что критично для безопасности. Режим автоматического сброса (Auto) допустим только там, где самопроизвольный повторный запуск двигателя не создаёт угрозы для людей и оборудования. В большинстве промышленных установок рекомендован ручной сброс с обязательным выяснением и устранением причины срабатывания перед повторным пуском.
Стандарт IEC 60947-4-1 классифицирует тепловые реле по допустимому диапазону времени срабатывания при токе 7,2 Iуст из холодного состояния. Номер класса задаёт максимально допустимое время срабатывания в секундах при этом токе; нижняя граница диапазона определяет минимальное время. Такая двусторонняя норма устанавливает форму всей времятоковой кривой защиты.
Как правильно читать таблицу: номер класса — это максимально допустимое время срабатывания при токе 7,2 Iуст из холодного состояния; нижняя граница диапазона — минимально допустимое. Реле класса 10, например, обязано сработать при таком токе не раньше чем через 4 секунды и не позже чем через 10 секунд. Класс 10A является наиболее распространённым и охватывает большинство стандартных применений с лёгким и нормальным пуском.
Выбор класса, не соответствующего реальным условиям пуска, приводит к двум крайностям: реле более низкого класса (например, 10A) при тяжёлом пуске будет срабатывать ещё в процессе нормального разгона; реле более высокого класса (например, 30) при лёгком применении допустит перегрев двигателя прежде, чем успеет его отключить.
Ток уставки (ток настройки) теплового реле выставляют равным номинальному току двигателя, указанному на заводской табличке (шильдике). Это принципиальное требование IEC 60947-4-1: ток настройки реле является номинальным током двигателя, а не токовым порогом срабатывания. Реле не срабатывает при 1,05 Iуст и обязано сработать при 1,2 Iуст в течение двух часов.
Поворотная рукоятка или регулировочный диск на корпусе реле изменяет начальный зазор между биметаллической пластиной и рычагом расцепителя, сдвигая уставку в пределах диапазона шкалы. Диапазон регулировки каждого типоразмера реле определяется технической документацией производителя. Уставку следует выставлять по фактически измеренному рабочему току двигателя, а не только по паспортному значению — особенно при частичной нагрузке или нестандартных условиях работы.
Стандартные биметаллические тепловые реле без температурной компенсации чувствительны к температуре воздуха внутри шкафа управления. При повышенной температуре окружающей среды нагревательный элемент получает дополнительный тепловой вклад от окружения, и реле срабатывает при токе ниже выставленной уставки. Поправочные коэффициенты для различных температур приводятся производителем в технической документации на конкретную модель.
Реле с температурной компенсацией оснащены вторым биметаллическим элементом, работающим в противоположном направлении: он нейтрализует влияние температуры окружающей среды на момент расцепления. Такие реле сохраняют точность уставки в широком диапазоне температур — как правило, от −20 до +60 °C, что подтверждается испытаниями по IEC 60947-4-1. Применение компенсированных реле обязательно при установке в горячих шкафах, в помещениях с непостоянной температурой или вблизи теплоизлучающего оборудования.
Тепловое реле включают последовательно в силовую цепь двигателя между силовыми контактами контактора и клеммной коробкой двигателя. Нагревательные элементы реле пропускают через себя рабочий ток всех трёх фаз. Нормально замкнутый вспомогательный контакт реле (клеммы 95–96 по маркировке IEC 60947-5-1) включается последовательно в цепь питания катушки контактора.
При срабатывании реле контакт 95–96 размыкается, катушка контактора обесточивается, силовые контакты размыкают цепь питания двигателя. Схема не требует дополнительного источника питания для цепи защиты. Нормально разомкнутый контакт 97–98 используется для включения сигнальной лампы или передачи сигнала в систему автоматизации и диспетчеризации.
Большинство производителей выпускают тепловые реле, механически стыкующиеся с контакторами соответствующего типоразмера без дополнительных соединительных проводников — через встроенные токоведущие шины. Такие сборные пускатели занимают меньше места в шкафу и снижают количество переходных контактных соединений. При подборе необходимо использовать реле и контактор из одной серии одного производителя, обеспечивая механическое и электрическое сопряжение в соответствии с технической документацией на изделие.
Для защиты трёхфазных асинхронных двигателей применяют трёхполюсные тепловые реле с тремя нагревательными элементами — по одному на каждую фазу. Конструкция позволяет выявлять режим обрыва фазы: при пропадании одной фазы токи в двух оставшихся возрастают, что ускоряет нагрев биметаллических элементов и вызывает срабатывание защиты. IEC 60947-4-1 устанавливает требования к тепловым реле по срабатыванию в режиме однофазного питания при токе в здоровых фазах 115% Iуст: реле должно сработать не позднее чем через два часа в этом режиме и не срабатывать при несимметрии, когда одна фаза несёт 90%, а две другие — 100% Iуст.
Дифференциальные тепловые реле имеют усиленную чувствительность к несимметрии токов по фазам. При обрыве или значительном перекосе фаз они срабатывают быстрее стандартных моделей, обеспечивая надёжную защиту при несимметричных нагрузках. Рекомендованы для двигателей, работающих в условиях нестабильного качества питания или выполняющих ответственные технологические функции.
Реле с двойным биметаллическим элементом поддерживают постоянство тока уставки в широком диапазоне температур окружающей среды. Компенсирующий биметалл изгибается при нагреве в направлении, противоположном основному, и нейтрализует влияние температуры окружающего воздуха на момент расцепления. Такие реле рекомендованы для установки внутри закрытых шкафов и в помещениях с непостоянной или повышенной температурой воздуха.
Тепловое реле не является защитой от коротких замыканий. Биметаллический элемент реагирует на медленное нарастание тока: время его срабатывания при токах короткого замыкания измеряется секундами, тогда как динамические и термические воздействия тока КЗ разрушают обмотки двигателя и силовые проводники за доли секунды. Поэтому тепловое реле всегда применяется совместно с автоматическим выключателем или плавкими предохранителями, обеспечивающими защиту от коротких замыканий.
Тепловое реле защиты двигателя — обязательный элемент каждой схемы управления асинхронным электроприводом. Выбор класса срабатывания по стандарту IEC 60947-4-1 (10A, 10, 20 или 30) и правильная настройка тока уставки по номинальному току двигателя обеспечивают надёжную защиту без ложных отключений. Применение реле с температурной компенсацией при установке в горячих шкафах гарантирует стабильность уставки в широком диапазоне температур. Совместное использование теплового реле с автоматическим выключателем или предохранителями создаёт комплексную токовую защиту двигателя во всём диапазоне аварийных режимов — от длительной перегрузки до тока короткого замыкания.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.